Unravelling the Synergistic Effect of Multiscale Hierarchical Material Architecture for Enhanced Urea Adsorption
Notice bibliographique
Résumé
Adsorption of inert small molecules has always been challenging, and hence, these molecules are generally difficult to remove from solution. In this work, we demonstrated a significant improvement (>25 times) in the adsorption of an inert small molecule, urea, using a hierarchical material design, which remarkably outperformed the simple chemical functionalization of the substrate. To illustrate this point, we employed two-dimensional (2D) materials such as Ti 3 C 2 T x MXene as the adsorbent “substrate” which has a high potential for efficient urea removal. In particular, Cu-functionalized MXene, with Cu valency between 0 and +1 exhibited superior urea adsorption performance compared to pristine MXene. However, due to the strong van der Waals forces, MXene has a propensity to aggregate, leading to the loss of active sites for urea adsorption. To address this, cellulose nanocrystals were introduced as they have dual functionalities, namely, to prevent aggregation and preserve active sites for adsorption of urea. These nanocrystals are small, rigid, and hydrophilic, facilitating their interaction with hydrophilic groups on the MXene surface. Porous hydrogel macrobeads prepared using alginate cross-linked with calcium ions yielded a hierarchical structure with nanosized MXene-cellulose moieties distributed within the millimeter beads. Besides serving as mechanical support, the cellulose nanocrystals can be further surface-functionalized with enhanced interaction with chemical groups such as polydopamine to boost the adsorption properties. Each component in the hydrogel composite synergistically enhanced the interaction with urea and promoted adsorption. Consequently, the composite hydrogel exhibited a remarkable enhancement in urea adsorption capacity from 6.7 to 354.4 mg/g in aqueous solution, while a maximum adsorption capacity ( Q max ) of 115.1 mg/g was observed in simulated dialysate solution due to the increased surface area available for urea adsorption. The development of this hydrogel composite consisting of Cu-functionalized MXene, functionalized cellulose nanocrystals, and alginate cross-linked with calcium showcased its potential as a highly efficient and versatile material for effective urea adsorption in both aqueous and simulated dialysate solutions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».